Was wissen wir über das Klima? Die Beweise des Klimawandels

Übersetzt von Anne Käfer

Mit freundlicher Genehmigung von Rasmus Benestad

Im ersten von zwei Artikeln prüft der Klimaforscher Rasmus Benestad vom norwegischen Meteorologisk Institutt die Anzeichen des Klimawandels.

In den letzten Jahren wurde der Klimawandel zu einem bedeutenden politischen Thema, einschließlich des Kyoto Protokolls und Diskussionen auf Treffen auf höchster Ebene wie dem G8 Gipfel. Aus dem 4. Sachstandsbericht (AR4) des IPCC (Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen) geht hervor, dass die globale Erwärmung der letzten Jahrzehnte mit einer mehr als 90%-igen Wahrscheinlichkeit durch menschliches Zutun verursacht wurde.

Internationale wissenschaftliche Gesellschaften haben Aktionen gefordert, die globale Erwärmung, die durch Ausstoß von Treibhausgasen wie CO₂ verursacht wird, aufzuhalten; die IPCC und der ehemalige US Vizepräsident Al Gore teilten sich den Friedensnobelpreis 2007 für die Verbreitung des Wissens über den vom Menschen verursachten Klimawandel; es gab eine Auszeichnung für Gore`s Dokumentation " An Inconvenient Truth (Eine unbequeme Wahrheit)", und der Sternartikel betrachtet den Klimawandel als wichtigste Herausforderung für die Welt.

Gleichzeitig haben die Medien Berichte geliefert, die den Eindruck vermitteln, dass die Wissenschaft über die vom Menschen verursachte Erderwärmung widersprüchlich sei; die Debatten reichen heutzutage von wissenschaftlichen Abhandlungen bezüglich des Klimawandels bis zu Fragen, wie wir mit dem Klimawandel umgehen. Aber was wissen wir wirklich über das Klima? Hier untersuchen wir die Anzeichen des Klimawandels und Beweise bezüglich des Klimas und Klimawandels.

Die Geschichte der Klimaforschung

Es ist sinnvoll, die Vorstellungen über den Klimawandel in einen geschichtlichen Zusammenhang zu bringen und darauf zu verweisen, dass er schon immer Gegenstand früherer Diskussionen gewesen ist. Im späten 19. Jahrhundert diskutierten Gelehrte darüber, ob das lokale Klima durch Abholzen von Wäldern beeinflusst werde oder ob Sonnenflecken einen Einfluss auf das Wetter hätten. Ende des 19. Jahrhunderts wurde die Mount Haldde Nordlicht Sternwarte in Nord-Norwegen gegründet - teilweise in dem Glauben, das Nordlicht habe einen Einfluss auf das Wetter.

Some scholars believed that climate follows certain cycles, and by looking to the past, one could see patterns that could be used to predict the future. Around the same time, there were also scholars who studied the effects of increases in the atmospheric concentrations of CO₂. They thought that variations in the CO₂ concentrations might help explain the pronounced temperature variations associated with the ice ages, since the effects of changes in the Earth’s orbit around the Sun were considered too weak to be involved. ‘The Discovery of Global Warming’^w1 is an excellent website on these historical aspects

Manche Gebildete glaubten, dass das Klima bestimmten Zyklen folge, und durch einen Blick in die Vergangenheit könne man Strukturen sehen, die benutzt werden könnten, um die zukünftige Entwicklung vorauszusagen. Um etwa die gleiche Zeit gab es auch Gebildete, die den Einfluss von zunehmenden Konzentrationen an CO₂ n der Atmosphäre untersuchten. Sie dachten, dass Änderungen der CO₂- Konzentrationen helfen könnten, die erheblichen Temperaturschwankungen im Zusammenhang mit den Eiszeiten zu erklären, während die Einflüsse von Schwankungen der Erdumlaufbahn als zu schwach angesehen wurden. " The Discovery of Global Warming’^w1 (Die Entdeckung der globalen Erwärmung)" ist eine hervorragende Website zu diesen geschichtlichen Aspekten.

Woher wissen wir überhaupt, dass es Eiszeiten gab? Die Theorie der eiszeitlichen und zwischeneiszeitlichen Perioden entstand durch frühe geologische Funde und andere geologische Anzeichen. Geologen fragten, wie die Täler im Bereich der Gebirge zustande gekommen seien und was das Auswaschen der Gebirge und die Gletschermoränen verursacht hätte, und sie lieferten die einzig plausible Erklärung: Eis. Es gab auch paläontologische Anzeichen: Rückstände aus der Pflanzen- und Tierwelt, verbunden mit wärmerem Klima, was zu der Vorstellung führte, dass das lokale Klima wärmer gewesen sein musste; Fossilien führten zu der Annahme, dass frühere Seeebenen unterschiedlich zu aktuellen Ebenen waren.

In letzter Zeit wurden immer deutlichere chemische Beweise gefunden. Diese rührten aus der Analyse von Eisbohrkernen aus der Antarktis und Grönland her (siehe Grafik unten). Luftblasen bildeten sich im Eis. Aus deren Tiefe konnte man schließen, wann die Eisschicht entstand. Daraus erhielt man Anhaltspunkte über die Temperaturen und die Konzentrationen von Spurengasen in der Atmosphäre. Unser Verständnis der Eiszeiten basiert auf zwei Pfeilern: der Milankovitch-Theorie , die erklärt, wie der zeitliche Ablauf der Eiszeiten mit den Schwankungen der Erdumlaufbahn um die Sonne verbunden ist, und Erklärungen von Arrhenius , wie Änderungen des CO2 Anteils die durchschnittliche Erdtemperatur beeinflussen könnten. Die Debatte geht weiter, oder lagen die Gebildeten der Vergangenheit im Nachhinein falsch, was das Klima betraf?

CO2 (grau) und Temperatur (blau) Konzentrationen vom Vostok Eiskern. Zur rechten sind die aktuellen CO2 Konzentrationen. Anklicken um zu vergrößern. Mit freundlicher Genehmigung von Rasmus Benestad

Fakten über unser Klima

Die natürlichen Änderungen zeigen uns, dass unser Klima empfindlich gegenüber Änderungen von externen Bedingungen ist, wie der Energie, die die Erde von der Sonne bekommt. So wissen wir, dass die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde niedriger sein sollte, als sie ist, wenn wir nur das Gleichgewicht zwischen der aufgenommenen Sonnenenergie und der Wärme, die in den Weltraum ausstrahlt, betrachten.

Ein Blick auf die Erde von Bord der Internationalen Raumstation Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Es gibt also schon einen natürlichen Treibhauseffekt, der die Erdoberfläche ungefähr 30°C wärmer macht, als es das Energiegleichgewicht vorgibt. Woher wissen wir das? Die Vorstellung basiert überwiegend auf physikalischen Gesetzen (welche unter allen anderen Bedingungen erfolgreich waren), welche aussagen, dass unser Planet Energie nur durch die Sonne in Form von Licht erhält, gemessen bei einer Solarkonstanten von ungefähr 1370 W/m2. Falls der Planet im Laufe der Zeit nicht wärmer oder kälter wird, dann wird der Energieinput der Sonne im Gleichgewicht zu dem Energieanteil sein, den die Erde an das Universum verliert. Der Energieverlust folgt einem bekannten physikalischen Gesetz (Stefan-Boltzmann-Gesetz), das durch Laborversuche bestätigt wurde und das angibt, dass der Wärmeverlust (Schwarzkörperstrahlung) temperaturabhängig ist. Es ist auch wichtig, den reflektierten Lichtanteil des Planeten (z.B. aus Wolken und Eis), in Betracht zu ziehen.

Das Energiegleichgewicht kann dazu benutzt werden, um die Oberflächentemperatur anderer Planeten unseres Sonnensystems vorauszusagen, und folglich stellt die Bestätigung durch empirische Messungen einen wissenschaftlichen Beweis dar. Die Intensität des Sonnenlichts wird leicht durch die Solarkonstante und die Distanz des Planeten zur Sonne ermittelt.

Allgemein sinkt die Oberflächentemperatur von Planeten, wenn die Distanz zur Sonne zunimmt, wie aus dem Gleichgewicht der Strahlungsenergie erwartet wird. Aber einige Planeten - wie die Erde - haben höhere Oberflächentemperaturen als die vom reinen Strahlungsenergie-Balance-Modell vorhergesagten. Das sind Planeten mit einer Atmosphäre, die Treibhausgase (GHGs) enthält. Zum Beispiel ist die Oberfläche der Venus, die eine GHG-Atmosphäre hat, heißer als die des Merkurs, der näher zur Sonne ist und der keine GHG-Atmosphäre hat.

Laborversuche bestätigen die Treibhausgaseigenschaften von CO2. GHGs wie CO2 haben eine wichtige physikalische Eigenschaft: Sie sind transparent in sichtbarem Licht, aber lichtundurchlässig in Infrarotlicht (Wärmestrahlung). Der Treibhauseffekt kann auch aus Sicht der Quantenphysik verstanden werden, wonach Photonen mit Zunahme von Rotation oder Vibration von bestimmten Molekülen absorbiert werden.

Ein Blick auf die Erde vom Weltraum Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Wenn die Moleküle anschließend die Energie, die sie von den Photonen aufgenommen haben, verlieren, strahlen sie etwa die Hälfte der Energie zum Boden zurück. Wenn diese Strahlung zum Sonnenlicht addiert wird, ist der Nettoeffekt die Oberflächenerwärmung.

Zusammenfassend ist die Theorie hinter dem Treibhauseffekt stichhaltig und basiert sowohl auf empirischen Messungen als auch auf theoretischer Physik. Es wurde auch durch verschiedene Belege gezeigt, dass das Erdklima in der Vergangenheit Änderungen unterworfen war. Diese Änderungen können durch Faktoren erklärt werden, die das Gleichgewicht der Erdenergie beeinflussen.

Im nächsten Heft von Science in School…

Was wissen wir über das Klima? Vom Menschen bedingte globale Erderwärmung

Internet Referenzen

w1 – Die Entdeckung der globalen Erderwärmung (The Discovery of Global Warming): www.aip.org/history/climate/index.html

Quellen

Climate Change Education ist eine Website für Schüler, Lehrer und viele andere: http://climatechangeeducation.org

RealClimate ist eine kommentierende Seite über Klimawissenschaft von aktiven Klimawissenschaftlern für die interessierte Öffentlichkeit und Journalisten. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, eine schnelle Antwort zu aktuellen Entwicklungen und zum Zusammenhang, der manchmal in üblichen Kommentaren fehlt, zu liefern. Die Diskussion auf RealClimate ist begrenzt auf wissenschaftliche Themen und enthält keine politischen und wirtschaftlichen Auswirkungen der Wissenschaft. Siehe www.RealClimate.org